O carvão é visto como uma opção viável para garantir a segurança energética devido a sua grande disponibilidade. No entanto, de acordo com Bialecka (2009), o uso futuro desse minério depende muito da aplicação de tecnologias apropriadas que sejam capazes de reduzir os impactos negativos gerados por sua mineração/combustão, além de permitirem a exploração dos seus recursos economicamente inviáveis de serem acessados.
Nesse contexto, a gaseificação in situ de carvão (UCG) é considerada uma alternativa promissora para a futura utilização do carvão, sendo economicamente viável, inclusive a grandes profundidades (SHAFIROVICH; VARMA, 2009 e BIALECKA, 2009), haja vista que, conforme cita Walter (2007), menos de um sexto do carvão mundial é economicamente acessível. Além disso, o UCG é capaz de reduzir substancialmente a poluição e ao mesmo tempo permitir o controle de poluentes, tais como enxofre, NOx e mercúrio; e as emissões de gases de efeito estufa associados com o uso do carvão quando vinculado ao sequestro geológico de carbono (FRIEDMANN, 2009).
3.3.1. Conceito
A gaseificação é um processo químico que converte um combustível sólido ou líquido em um gás (BURTON; FRIEDMANN; UPADHYE, 2006), nesse caso, converte carvão em gás de síntese ou syngas (FRIEDMANN, 2009). Os componentes principais desse produto gasoso são: hidrogênio (H2), CO2, monóxido de carbono (CO), CH4 e vapor, sendo suas proporções variáveis dependendo das características do carvão e das condições de pressão, temperatura, entre outras, em que ocorre o processo de gaseificação (KHADSE et al., 2007).
A gaseificação pode ser realizada tanto em uma planta na superfície, mediante a utilização de gaseificadores (ex. IGCC), como no próprio meio subterrâneo, no caso a camada de carvão (in situ). Em acréscimo, é importante diferenciá-la do processo de combustão do carvão, pois, enquanto a atmosfera
redutora da gaseificação converte o enxofre do carvão em ácido sulfídrico (H2S) e o nitrogênio em amônia (NH3), a combustão (oxidação) produz o SO2 e os NOx (MOREEA-TAHA, 2000 apud HEEMANN et al., 2009).
O produto da gaseificação in situ é, então, o gás de síntese ou syngas, sendo esse extraído por meio de poços (verticais e/ou horizontais) adjacentes perfurados até a camada de carvão (BURTON; FRIEDMANN; UPADHYE, 2006). Desse modo, a configuração básica do método de UCG é fundamentada na perfuração de um poço para injeção de agente oxidante e outro para a produção do gás de síntese, denominado de poço produtor, conforme demonstra a Figura 3.6. No poço de injeção é bombeado o oxidante, cuja função é causar a oxidação parcial do carvão, podendo ser ele o ar, o oxigênio, o vapor de água, o CO2 ou uma mistura dos mesmos, a altas temperaturas e sob pressão (COLLOT, 2006). A oxidação produzirá calor que, por sua vez conduzirá as reações de gaseificação que são fundamentais para a produção do gás de síntese (FRIEDMANN, 2009).
Figura 3.6. Esquema da Gaseificação in situ de carvão. Fonte: KEMPKA et al., 2010.
No poço produtor, ou poço de produção, (que pode ser um ou mais dependendo das características da camada, por exemplo), o gás produzido pelas reações é trazido para a superfície, para posterior processamento, transporte e utilização (BURTON; FRIEDMANN; UPADHYE, 2006). Esse gás é uma fonte potencial de energia elétrica ou de matéria-prima para a fabricação de produtos
químicos e de combustíveis líquidos, que serão detalhados mais adiante (FRIEDMANN, 2009).
3.3.2. Projetos de Gaseificação in situ no Mundo
Recentemente, muitos países vem se empenhado para a realização de testes e estudos para gaseificar o carvão (GAS TECH, 2007). A Rússia foi o primeiro país a dar ênfase a essas pesquisas e a testar a viabilidade da gaseificação in situ de carvão (GAS TECH, 2007), sendo de acordo com Friedmann (2009) a pioneira na aplicação do UCG em grande escala. O site, localizado em Angren, Uzbequistão, ainda em operação (desde a década de 1960), é uma referência em UCG, servindo de modelo para diversos projetos pilotos no mundo (FRIEDMANN, 2009).
O desenvolvimento da gaseificação in situ de carvão, ao longo dos últimos anos, teve destaque em países como China, Austrália e África do Sul. Na África do sul um projeto piloto de UCG no campo de Joanesburgo alcançou a ignição em janeiro de 2007. Na Austrália, um ensaio de UCG em grande escala foi produzido de 1999 a 2003 envolvendo a tecnologia desenvolvida no Uzbequistão. O projeto abrangeu a gaseificação de 35 mil toneladas de carvão (GAS TECH, 2007) e recuperou 95% dos recursos de carvão (SHAFIROVICH; VARMA, 2009). Atualmente os projetos comerciais de UCG estão sendo desenvolvidos por, pelo menos, três empresas australianas: a Cougar Energy Ltd., a Linc Energy Ltd. e a Carbon Energy Ltd. (SHAFIROVICH; VARMA, 2009).
Na China, está em andamento o maior programa mundial de UCG, confirmado pelo número relativamente grande de patentes realizadas na área de UCG nesse país (GAS TECH, 2007 e SHAFIROVICH; VARMA, 2009). Atualmente, o projeto de UCG que está repercurtindo mundialmente é uma parceria do governo chinês com o governo britânico. Essa parceria tem o objetivo de gaseificar 6 milhões de toneladas de carvão por ano no subsolo chinês, gerando 1000 MW de energia elétrica por cerca de 25 anos. O orçamento está estipulado em 1,5 bilhões de dólares e o projeto visa ampliar o acesso ao carvão e reduzir simultaneamente o seu impacto ambiental (FAIRLEY, 2011).
Vários países em desenvolvimento já iniciaram pesquisas em UCG. Na Índia, o interesse em UCG é particularmente elevado, pois há vastas reservas de carvão, escassez de gás natural e grande parte do carvão do país está em depósitos difíceis de serem minerados convencionalmente. Paquistão, Vietnã, Turquia, Polônia, Cazaquistão e Hungria também iniciaram suas pesquisas para verificar o potencial da gaseificação in situ em seus países (FRIEDMANN, 2009 e NETL, [2010]). Na Figura 3.7, são apresentados os países que vem desenvolvendo atividades de UCG (pesquisa, sites pilotos e comerciais, entre outras) nos últimos anos.
Figura 3.7. Países que desenvolvem atividades de UCG. Fonte: Adaptado de UCG ASSOCIATION, [2012a].
Os Estados Unidos entre os anos de 1974 e 1989 foram o principal local de pesquisa e implantação de esforços em várias áreas das energias renováveis e fósseis, incluindo o UCG. Em um período superior a 15 anos, os EUA conduziu 33 projetos piloto de UCG, localizados em Wyoming, Texas, Alabama, West Virginia e em Washington (FRIEDMANN, 2009). Embora não tenha plantas industriais de UCG, atualmente os EUA possui importantes instituições envolvidas em pesquisas, como o Laboratório Nacional Lawrence Livermore e o Laboratório Nacional de
Energia e Tecnologia (NETL). Em contrapartida, fora dos Estados Unidos, as universidades estão desempenhando um papel importante no desenvolvimento de UCG, como exemplo, tem-se: a Universidade Chinesa de Minas e Tecnologia, o Instituto Indiano de Bombaim na Índia, além de universidades no Reino Unido, no Canadá, na Austrália e recentemente no Brasil com a PUCRS (FRIEDMANN, 2009).